Podstata modulace

Při přenosech v přeloženém pásmu je relativně těžší (oproti přenosům v základním pásmu) měnit skutečně přenášený signál takovým způsobem, aby dostatečně věrně reprezentoval přenášená binární data. Řečeno jinak, v případě přenosu v přeloženém pásmu je těžší „nabalit" binární data na skutečně přenášený signál, který je ve své podstatě signálem analogovým. Příslušné „nabalování" je označováno jako modulace - binární data jsou „namodulována" na analogový signál, resp. analogový signál je modulován podle přenášených binárních dat. Konkrétních možností jak takovéto modulace dosáhnout je celá řada, jejich použití je ale samozřejmě vázáno na to, aby příjemce měl možnost rozpoznat relevantní změny a provést inverzní činnost, tzv. demodulaci. Tedy „sejmout" z přijatého analogového signálu jeho „binární náklad", resp. podle modulace přijímaného signálu zpětně generovat binární data, která mu byla vyslána.

Konkrétním technikám modulace nejspíše věnujeme samostatný díl tohoto seriálu. Dnes si pro názornost naznačme alespoň ty nejzákladnější možnosti. Ukazuje je dnešní obrázek: vzoreček na tomto obrázku je nejjednodušším vyjádřením signálu harmonického průběhu, a má tři parametry: amplitudu A, úhlovou rychlost omega (která je přímo úměrná frekvenci), a tzv. fázové posunutí fi. Budeme-li měnit vždy jeden z těchto parametrů, dostaneme po řadě amplitudovou, frekvenční a fázovou modulaci (viz obrázek). V praxi se pak tyto základní způsoby modulace vzájemně kombinují, ale o tom skutečně až příště.

Modulační rychlost

Zastavme se nyní u jedné velmi zajímavé otázky: jak často si můžeme dovolit měnit průběh přenášeného signálu při přenosech v přeloženém pásmu? Neboli: jak rychle (resp. jak často) můžeme „hýbat" s parametry přenášeného signálu, které v rámci používané modulace měníme? Omezujícím kritériem je samozřejmě to, aby příjemce na druhé straně dokázal tyto změny dostatečně spolehlivě detekovat. Formálně se přitom ptáme na tzv. modulační rychlost (modulation speed, někdy též: Baud rate), která vyjadřuje počet změn za sekundu, a měří se v jednotkám zvaných Baud (zkratkou Bd).

Odpověď na tuto otázku zazněla již v minulém dílu, jako tzv. Nyquistovo kritérium. To nám říká, že ani při snaze o maximální „vyždímání" přenášeného signálu nemá smysl jej vzorkovat rychleji než dvakrát za každou jeho periodu, neboli rychlostí číselně dvojnásobnou oproti dostupné šířce přenosového pásma. Odsud pak můžeme stanovit jednoduchý vzoreček pro maximální možnou modulační rychlost:

vmodulační=2 * šířka pásma

Povšimněme si hned jedné zajímavé a důležité vlastnosti: maximální dosažitelná modulační rychlost závisí pouze na dostupné šířce přenosového pásma, a nikoli na konkrétní použité modulaci.

Přenosová rychlost

Modulační rychlost, měřená v Baudech, stále ještě neposkytuje věrohodný obrázek o míře schopnosti určité přenosové cesty přenášet data. Jestliže na určité konkrétní přenosové cestě lze dosáhnout modulační rychlosti například 600 Baudů, kolik bitů lze přes ni přenést třeba za jednu sekundu? Zapamatujme si dobře, že na takto položenou otázku nelze odpovědět!!!

Záleží totiž na tom, kolik různých alternativ reprezentuje jedna změna skutečně přenášeného signálu. Neboli: když v rámci modulace měníme (skokem) některý z parametrů přenášeného signálu, z kolika možných hodnot volíme? Pokud jen ze dvou, pak každá z nich může reprezentovat jednu binární číslici (jednu 0 či 1), a pak platí „co změna to jeden bit". Pokud ale volíme ze čtyř možností, pak každá může reprezentovat dvojici binárních číslic, a pak by platilo „co změna, to dva bity", a stejně tak bychom mohli pokračovat dále. Obecně pak platí, že počet bitů reprezentovaných („nesených") jednou změnou přenášeného signálu je dvojkový logaritmus počtu možných stavů (možností).

Věrohodnější obrázek o schopnosti konkrétní přenosové cesty přenášet data poskytuje až tzv. přenosová rychlost, měřená v bitech za sekundu. Předchozí úvaha nás opravňuje formulovat následující vzoreček, vyjadřující konkrétní závislost mezi modulační rychlostí a přenosovou rychlostí:

vpřenosová=vmodulační * log2(n)

kde n je zmíněný počet možných stavů přenášeného signálu.